不同套種模式對濕地松生長及地力影響

武 魁

(瀏陽市林業(yè)局，湖南 瀏陽 410300)

濕地松(Pinuselliottii)原產(chǎn)于美國，1930年引種至我國，由于表現(xiàn)出較好的適應性，在我國南方省份廣泛栽培[1-2]，多以純林的方式栽植。諸多研究表明大面積營建針葉純林，由于針葉腐爛分解速度慢導致林地地力衰退，純林景觀效果差，生物多樣性低和生態(tài)功能等級低等一系列問題突顯[3-6]。營造混交林能夠改善林分內(nèi)生態(tài)因子，減少病蟲害的發(fā)生幾率，可以顯著改善純林帶來的一系列問題[7-10]。特別是松材線蟲病危害情況加劇[11]，對松材線蟲具有較強抗性的濕地松也出現(xiàn)了感染松材線蟲的情況[12]，因此濕地松純林的提質改造迫在眉睫。目前關于濕地松純林改造的研究鮮見報道，本研究旨在初步闡明濕地松純林林下套種樹種種類及套種后林地土壤理化性質變異規(guī)律，以期為濕地松純林大面積提質改造提供參考。

1 試驗地概況

試驗地位于湖南省瀏陽市瀏陽湖國有林場連云山分場(113 °55′54″E，28°25′34″N )，屬于中亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫17.4 ℃，年降雨量1520～1590mm，平均相對濕度80%，年平均光照時間1480～1830h，無霜期270d左右。試驗地所在林地平均坡度20°，平均海拔130m，南坡土壤為紅壤，土層厚度>80cm。

2 研究方法

2.1 試驗對象

試驗林分為20年生濕地松林分，林分于2015年3月開展了撫育間伐，間伐后林分密度為1050株·hm-2，郁閉度0.6。

2.2 試驗設計

在2015年3月間伐后，林下設置了4個套種處理：A 套種閩楠(Phoebebournei)；B 套種南方紅豆杉(Taxuschinensisvar.mairei)；C 套種木荷(Schimasuperba)；D 對照(CK)，不套種。套種密度均為900株·hm-2，每個處理面積為20 m×30m，3次重復。2021年10月對套種樹種的樹高、胸徑等進行調(diào)查。

2.3 試驗方法

2.3.1 土壤樣品采集

采取對角線法。對每個處理的0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層進行土壤樣品采集，每個處理采集5份樣品，然后將5份樣品均勻混合成1個樣品；將野外采集的土壤樣品經(jīng)風干過100目篩處理后，進行其土壤養(yǎng)分含量測定。

2.3.2 土壤物理性質測定

土壤容重、毛管孔隙度和田間持水量測定采用環(huán)刀法。毛管總孔隙度的計算公式為

Pt=93.947-32.995×b

(1)

式中:Pt為總孔隙度;b為容重。

非毛管孔隙度的計算公式為

Po=Pt-Pc

(2)

式中:Po為非毛管孔隙度；Pc為毛管孔隙度。

2.3.3 土壤化學性質測定

土壤pH值采用2.5∶1 的水土比，用電位計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤全氮采用半微量凱氏法測定；水解氮采用堿解擴散法測定；土壤全磷采用堿熔-鋁銻抗比色法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀采用堿熔-火焰光度法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運用EXCEL 2017軟件進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 17.0軟件進行方差分析和多重比較，用GraphPad Prism 8 軟件繪制圖。

3 結果與分析

3.1 不同套種處理對濕地松生長的影響

由圖1、圖2可知：套種不同樹種對濕地松樹高和胸徑生長均有影響，在樹高生長方面，套種木荷的處理濕地松樹高生長最大，其次為套種閩楠，再次為不套種，最小的為套種紅豆杉。方差分析表明：套種閩楠處理濕地松樹高生長與套種木荷處理和不套種處理之間無顯著差異，其余處理之間均有顯著差異。在胸徑生長方面，濕地松胸徑生長量大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>不套種處理>套種南方紅豆杉處理，套種木荷處理和套種閩楠處理之間差異不顯著，其它處理之間差異顯著。

圖1 不同處理對濕地松樹高的影響Fig.1 Effects of different treatments on height of Pinus elliottii注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

圖2 不同處理對濕地松胸徑的影響Fig.2 Effects of different treatments on DBH of Pinus elliottii

圖3 不同處理對林地不同土層容重的影響Fig.3 Effects of different treatments on bulk density of different soil layers in forestland注：不同小寫字母表示同一處理下不同土層差異顯著，不同大寫字母表示不同處理中相同土層差異顯著(P<0.05)。下同。

3.2 不同套種處理對濕地松林地土壤物理性質的影響

由圖3可知：同一處理中，不同土層林地土壤容重存在顯著差異，土壤容重隨著土層深度的增加容重變大；不同處理中，同一土層林地土壤容重存在顯著差異，土壤容重大小為不套種處理>套種南方紅豆杉處理>套種閩楠處理>套種木荷處理，針葉樹處理能夠在一定程度上降低林地土壤容重。

由圖4、圖5可知：同一處理中，不同土層林地土壤孔隙度和毛管孔隙度存在顯著差異，土壤孔隙度和毛管孔隙度隨著土層深度的增加逐漸變??；在不同處理中，同一土層林地土壤孔隙度和毛管孔隙度存在顯著差異，土壤孔隙度和毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>套種南方紅豆杉處理>不套種處理。

圖4 不同處理對林地不同土層孔隙度的影響Fig.4 Effects of different treatments on porosity of different soil layers in forestland

圖5 不同處理對林地不同土層毛管孔隙度的影響Fig.5 Effects of different treatments on capillary porosity in different soil layers of woodland

不同處理對林地不同土層非毛管孔隙度的影響如圖6。由圖6可知：非毛管孔隙度變異規(guī)律與孔隙度和毛管孔隙度變異規(guī)律一致，均隨著林地土層厚度的增加逐漸減少，在差異性方面則有所差異；在同一處理中，除不套種處理外，其余處理均在0～20 cm和20～40 cm土層的非毛管孔隙度差異不顯著，0～20 cm、20～40 cm 2個土層與40～60 cm土層的非毛管孔隙度差異顯著；同一土層在不同處理條件下顯著性不一致，如0～20 cm土層非毛管孔隙度套種閩楠與套種紅豆杉處理和套種木荷處理差異不顯著，但與不套種處理差異顯著，其余處理與不套種處理差異不顯著；在20～40 cm土層，3個套種樹種處理之間差異不顯著，套種處理與不套種處理差異顯著；在40～60 cm土層，各個處理之間無顯著差異；0～20 cm和20～40 cm土層非毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>套種南方紅豆杉處理>不套種處理，40～60cm土層非毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>不套種處理>套種南方紅豆杉處理。

圖6 不同處理對林地不同土層非毛管孔隙度的影響Fig.6 Effects of different treatments on non-capillary porosity in different soil layers of woodland

不同處理對林地不同土層田間持水量的影響如圖7。由圖7可知：在同一處理中，隨著土層厚度的增加，田間持水量逐漸減少，套種木荷處理田間持水量最高，最低的是不套種處理。同一土層厚度在不同處理中，其中套種木荷處理林地田間持水量最高，0～20 cm土層套種木荷處理分別是套種閩楠、套種南方紅豆杉和不套種3種處理田間持水量的1.2倍、1.7倍和3.3倍；20～40 cm土層套種木荷處理分別是套種閩楠、套種南方紅豆杉和不套種3種處理田間持水量的1.1倍、1.5倍和3.1倍；40～60 cm土層套種木荷處理分別是套種閩楠、套種南方紅豆杉和不套種3種處理田間持水量的1.1倍、1.3倍和3.6倍。

圖7 不同處理對林地不同土層田間持水量的影響Fig.7 Effects of different treatments on field water capacity in different soil layers of woodland

3.3 不同套種處理對濕地松林地土壤化學性質的影響

不同處理下林地0～20 cm土層土壤化學性質情況如表1。由表1可知：在0～20 cm土層，除套種閩楠與套種木荷處理、套種南方紅豆杉處理與不套種處理2組的pH值和全氮沒有顯著差異外，其余指標各處理間均存在顯著差異。pH值最高的為套種木荷處理，其次為套種閩楠處理，再次為不套種處理，最低的為套種南方紅豆杉處理；全氮含量最高的為套種木荷處理，其次為套種閩楠處理，再次為套種南方紅豆杉處理，最低的為不套種處理，其中套種木荷處理全氮含量是不套種的1.2倍；全磷、全鉀、水解氮、有效磷和有機質含量和全氮含量變化呈現(xiàn)相同規(guī)律，這與套種樹種種類有關，套種的闊葉樹的掉落物相比針葉樹容易腐爛，養(yǎng)分歸還速率較快。

表1 不同處理下林地0～20cm土層土壤化學性質情況Tab.1 Chemicalpropertiesof0～20cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments處理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.64±0.02a0.41±0.02a26.07±0.59a188.27±2.48aB1.57±0.03b0.37±0.01b22.83±0.25b180.63±0.59bC1.80±0.02c0.45±0.01c30.27±0.62c198.20±1.41cCK1.54±0.02b0.32±0.02d19.37±0.75d153.43±2.07d處理速效鉀含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有機質含量/(g·kg-1)pH值A148.57±1.25a20.77±0.35a46.20±0.50a6.80±0.10aB139.40±0.82b18.80±0.36b40.37±0.74b6.50±0.10bC157.63±1.82c22.80±0.53c51.17±0.71c6.87±0.06aCK136.23±1.76d15.77±0.35d30.43±0.71d6.57±0.15b

不同處理下林地20～40 cm土壤化學性質情況如表2。由表2可知：在林分土壤pH值方面，20～40 cm土層相對于0～20 cm土層變低，最高的為套種閩楠處理，其次套種木荷處理和南方紅豆杉處理，最低的為不套種處理；其余土壤化學指標相對于0～20 cm土層均變低，這與表層枯落物的腐爛分解影響有關。方差分析表明：除各處理之間pH值無顯著差異外，全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機質7項指標在各處理之間存在顯著差異。

不同處理下林地40～60 cm土壤化學性質情況如表3。由表3可知：在40～60 cm土層，相比0～20 cm、20～40 cm土層各土壤化學指標迅速下降，不套種處理變異最大。方差分析表明：除各處理之間pH值無顯著差異外，全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機質7項指標在各處理之間存在顯著差異。

表2 不同處理下林地20～40cm土層土壤化學性質情況Tab.2 Chemicalpropertiesof20～40cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments處理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.47±0.05a0.38±0.01a23.97±0.59a182.10±1.51aB1.33±0.06b0.34±0.01b20.73±0.25b175.40±0.95bC1.62±0.02c0.44±0.01c28.17±0.61c193.63±0.91cCK1.44±0.01a0.30±0.01d17.27±0.75d147.87±1.38d處理速效鉀含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有機質含量/(g·kg-1)pH值A131.47±1.17a16.50±0.26a34.47±1.04a6.50±0.10aB121.97±1.27b14.70±0.20b28.30±0.46b6.47±0.06aC142.20±6.80c18.83±0.40c39.77±0.71c6.47±0.06aCK117.47±0.71b11.73±0.15d18.37±0.55d6.43±0.12a

表3 不同處理下林地40～60cm土層土壤化學性質情況Tab.3 Chemicalpropertiesof40～60cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments處理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.04±0.02a0.27±0.01a15.90±0.53a91.90±1.37aB0.97±0.03b0.23±0.02b12.67±0.15b85.27±1.15bC1.20±0.02c0.33±0.01c20.07±0.49c103.50±0.70cCK0.94±0.02b0.19±0.01d9.27±0.75d67.37±1.05d處理速效鉀含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有機質含量/(g·kg-1)pH值A85.60±0.78a8.40±0.20a14.70±0.50a6.47±0.06aB76.17±1.00b6.50±0.20b8.87±0.74b6.43±0.06aC93.13±0.85c10.60±0.26c19.67±0.71c6.50±0.10aCK72.13±0.59d3.77±0.15d6.47±0.60d6.40±0.10a

4 結論與討論

4.1 結論

濕地松林下套種閩楠處理、南方紅豆杉處理和木荷處理對上層濕地松樹高和胸徑生長均有影響，套種木荷處理對濕地松樹高和胸徑生長促進作用最大，其次為套種閩楠處理。濕地松純林林下套種處理能夠改善林地物理性質，降低土壤容重，增加土壤的孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，套種樹種對表層土壤的物理性質影響大于較深層土壤，土壤孔隙度和毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>套種南方紅豆杉處理>不套種處理。在0～20 cm和20～40 cm土層非毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>套種南方紅豆杉處理>不套種處理，在40～60 cm土層非毛管孔隙度大小為套種木荷處理>套種閩楠處理>不套種處理>套種南方紅豆杉處理。在0～20 cm土層，除套種閩楠與套種木荷、套種南方紅豆杉與不套種處理2組的pH值和全氮沒有顯著差異外，其余指標各處理間均存在顯著差異。在20～40 cm和40～60 cm土層，除pH值無顯著差異外，其它土壤化學指標在各處理之間存在顯著差異。

4.2 討論

大面積的針葉純林容易遭受嚴重的病蟲害、火災頻發(fā)和森林生產(chǎn)力下降，嚴重影響森林的可持續(xù)經(jīng)營[13]?；旖涣志哂懈牧纪寥?、提高養(yǎng)分利用優(yōu)勢和促進上層林木生長[14-16]，目前在我國南方地區(qū)能夠新造混交林的地塊較少，存在大面積針葉純林急需進行改造，林下套種樹種選擇及經(jīng)營技術處于剛起步階段，套種樹種種類、遺傳差異對上層林木及自身的生長有顯著影響，林下的光環(huán)境對林木的生長也有重要作用[17]，因此上層林木的保留密度和套種樹種種類和套種密度均是針葉純林提質改造的重要研究內(nèi)容。閩楠、南方紅豆杉和木荷是我國南方鄉(xiāng)土樹種，并且具有一定的耐蔭性，能夠在林下生長，濕地松及其他針葉純林套種上述樹種，在間伐強度和套種密度等方面的研究還需后續(xù)研究。

濕地松純林套種閩楠、木荷闊葉樹對林地0～20 cm土層pH值具有升高作用，套種南方紅豆杉處理卻降低了林地0～20 cm土層pH值，這可能與表層凋落物的種類和分解速率有關，這還需進一步研究。在20～40 cm和40～60 cm土層套種樹種處理林地土壤pH值均比不套種高，這可能與套種樹種根系的生理活動有關。研究表明林地的土壤養(yǎng)分特征與樹種特性和凋落物養(yǎng)分歸還能力有關[18-19]，本研究中套種處理對濕地松林地地力恢復效果最好的為套種木荷，其次為套種閩楠，再次為套種南方紅豆杉，相對于濕地松純林能夠顯著提高林地土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量。這與林德喜等[20]在馬尾松林下補植闊葉樹種能夠加速凋落物的分解和提高了林地生產(chǎn)力的研究結果相一致。

本研究僅探索了濕地松林下7年不同套種模式對上層濕地松林木生長和林地土壤理化性質的影響，由于補植樹種均未達到半個輪伐期還處于幼齡林時期，補植樹種的生長及對上層林木生長和林地影響還需要長期監(jiān)測，并且中幼齡濕地松純林的改造還需要深入研究，從而才能更好地科學指導濕地松純林提質改造。